机电一体化第2次修订解读.doc

 机电一体化系统设计 讨论课报告 题 目：风力发电机组的变桨距系统 姓名 学号 工作量 周宽 201314240101 50% 张志远 201314240111 30% 刘敬鹏 201314240132 10% 陈红佳 201314240112 5% 李新新 201314240121 5% 风力发电机组变桨距系统 1.风力发电变桨控制系统国内外的研究现状 风力发电发展到，二十世纪八十年代，风力发电机装机还很少，技术也不够成熟，到九十年代中期，世界风力发电技术取得了突飞猛进的发展，设计，制造技术日趋成熟，产品进入商品化阶段，功率等级从几十千瓦到几百千瓦，逐渐发展为兆级。同时，也推动风电并网技术的发展起到了促进作用，而月风电场的建设和管理水平以及规模也上升到崭新的阶段。国外最早的风力发电机主要采用定桨距系统。 国内如新疆金风科技早期主要研发和制造定桨距风力发电机。对于定桨距风力发电机组，在低风速段的风能利用系数高，而当风速接近额定点，风能利用系数开始人幅度下降，这时随着风速的升高，功率上升己趋缓，而过了额定点后，桨叶已开始失速，风速升高，功率反而有所下降。所以定桨距风力发电机组对风能利用效率不高。 目前世界上风力发电机上大多采用变桨距控制系统。其特点是:变桨距风力发电机的整个叶片攻角在·定范围绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角在一定范围内(一般为0一90度)变化，以调节输出功率不超过设计的容许值。变桨系统按照原理有分为电动变桨和液压变桨两种，主要是动力不一样，电动变桨用伺服电机驱动，液压变桨用液压缸驱动。世界上的风力发的厂家和发展情况如下：世界风电厂家Vestas，Enercon，Gamesa，Aeciona，Dewind，GE，三菱重工等。vestas所占份额最大，超过百分之三十，他连同Gamesa都主要采用液压变桨系统。其余的厂家多采用电动变桨系统。 ? 我国早在上个世纪七八十年代开始研制风力发电机组，但直到90年代，风力发电才真正从科研走向市场。初期研制成功的主要是额定功率为60OKW以下的风力发电机组，近年来开始研制兆瓦级风力发电机组，并且已经取得成功，其制造技术已基本掌握。虽然我国近几年风电发展快，但是相比国外，我国在风力发电技术上的研究比较落后。主要是工艺技术落后，零部件以及大容量的风力发电装置大多数依靠进口，因此我国风电行业有很长的路要走。 2.风力发电机的研究意义 风能是太阳能的一种转换形式，地球接受到的太阳辐射能约有2％转化为风能。据估计，全球的风能总量有2．74万亿千瓦，其中可利用的约为200亿千瓦。这是一个巨大的潜在能源宝库，是一种取之不尽，尚未得到大力开发利用的新能源。 我国地域辽阔，蕴藏着非常丰富的风能资源。据计算，全国风能资源总量约每年16亿千瓦，其中可开发约为每年1．6亿千瓦。我国东南沿海岛屿以及西北牧区、西南山区严重缺电，但风能资源较大，有着发展风力发电的优良条件。 3.变桨距系统的研究意义 变桨距风力发电机组有很多的优越性，变桨距风力发电机组将会成为大型风力发电机组发展的主流。而变桨距风力发电机组核心之一便是变桨距系统，其中的变桨距控制器也是非常重要，合理控制桨叶角度，在额定风速以下运行时与变速恒频技术结合能够最大限度的获取能量，在额定风速以上运行时能够得到稳定的功率输出。控制器设计的是否合理直接关系到变桨距风力发电机组是否能够正常，可靠，安全的运行。 4.变桨距机构 4.1变桨距调节的工作原理 变桨距控制是通过叶片和轮毂之间的轴承机构，借助控制技术和动力系统转动叶片，来减小迎风角，由此来减小翼型的升力，以达到减小作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。一般变桨距范围从起动角度00~ 900顺桨，叶片就像飞机的垂直尾翼一样。 4.2变桨距机构的组成 变桨距系统由变桨距机构和变桨距控制系统两部分组成。变桨距机构是由机械、电气、液压组成的装置，变桨距控制系统是一套计算机控制系统。可实现集中远程控制的变桨距风力发电机的组成如图所示。 变桨距控制器是一个微型计算机系统，它将桨距角检测和功率检测得到的数据，与微处理器中给定的桨距角变化数学模型进行比较，把差值作为控制信号用于驱动变桨距机构进行变桨操作。它也是一个闭环的跟踪系统，控制理论上又称为伺服系统：一般习惯上桨距角检测和功率检测也归人变桨距控制器，因为它们都是电子控制设备。变桨距机构是由驱动装置、执行装置和控制系统三部分组成。一般习惯上又把驱动装置和执行装置两部分通称为变桨距执行机构。 4.3变桨距装置的结构 4.3.1变桨距执行机构 狭义的变桨距执行机构是指直接控制叶片转动部分的机械装置。现在常见的变桨距执行机构有下面几种： 4.3.2平行轴齿轮驱动 平行轴齿轮驱动的结构如图所示。，多